内燃機関の排ガス浄化装置
【課題】判定された空燃比要求に応じた空燃比の排ガスが触媒に流入するように、機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段を提供する。
【解決手段】三元触媒４３の下流に下流側空燃比センサ５６を備え、更に、下流側空燃比センサ５６の下流に絞り弁４５を備える。排気浄化装置は、例えば、吸入空気量Ｇａの変化量が所定値以上の加速状態となったとき、絞り弁４５によって排気通路の流路断面積を小さくする。これにより、触媒４３よりも上流の排気通路内に多量のＮＯｘ（又は未燃物）が発生した場合、その排ガスが触媒４３に滞留する時間が長くなるので、そのＮＯｘ（又は未燃物）がより浄化される。その結果、エミッションが良好になる。
【解決手段】三元触媒４３の下流に下流側空燃比センサ５６を備え、更に、下流側空燃比センサ５６の下流に絞り弁４５を備える。排気浄化装置は、例えば、吸入空気量Ｇａの変化量が所定値以上の加速状態となったとき、絞り弁４５によって排気通路の流路断面積を小さくする。これにより、触媒４３よりも上流の排気通路内に多量のＮＯｘ（又は未燃物）が発生した場合、その排ガスが触媒４３に滞留する時間が長くなるので、そのＮＯｘ（又は未燃物）がより浄化される。その結果、エミッションが良好になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に三元触媒を備えた内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関から排出される排ガスを浄化するために同機関の排気通路に三元触媒が配設されている。三元触媒は、周知のように、その三元触媒に流入する排ガスの成分に応じて酸素を吸蔵又は放出する「酸素吸蔵機能」を有する。以下、三元触媒は単に「触媒」とも称呼され、触媒に流入するガスは「触媒流入ガス」とも称呼される。
【０００３】
従来の排ガス浄化装置（従来装置）は、機関の排気通路であって触媒の下流に配設された下流側空燃比センサを備える。従来装置は、下流側空燃比センサの出力値に基づいて、リッチ要求及びリーン要求のうちの何れの空燃比要求が発生しているかを判定する。リッチ要求は、前記触媒に理論空燃比よりも小さい空燃比の排ガスを供給すべきであることを示す空燃比についての要求である。リーン要求は、前記触媒に理論空燃比よりも大きい空燃比の排ガスを供給すべきであることを示す空燃比についての要求である。そして、従来装置は、空燃比要求に応じた空燃比の排ガスが前記触媒に供給されるように、機関に供給される混合気の空燃比を制御する（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１５８９１５号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、下流側空燃比センサの出力値は触媒の状態を精度良く表さない場合があり、その結果、空燃比要求が正確にならず、触媒に流入する排ガスの空燃比が不適切となることに起因してエミッションが悪化する場合がある。
【０００６】
より具体的に述べると、例えば、下流側空燃比センサの出力値が「理論空燃比よりも小さい空燃比（以下、単に「リッチ空燃比」とも称呼する。）に対応する値」である場合、従来装置は、リーン要求が発生したと判定し、機関の空燃比を「理論空燃比よりも大きい空燃比（以下、単に「リーン空燃比」と称呼する。）」に制御する。
【０００７】
その後、下流側空燃比センサの出力値は、「機関の空燃比がリーン空燃比に制御され始めた時点」から所定の時間が経過したときに「リーン空燃比に相当する値」へと変化する。これは、機関から排出された排ガスが下流側空燃比センサに到達するには不可避的な時間（排ガス輸送遅れ時間Ｔｄ）が必要であること、及び、触媒が排ガス中の過剰な酸素を吸蔵するために触媒の下流に酸素が流出するまでに時間を要すること、等に基づく。
【０００８】
このため、下流側空燃比センサの出力値がリッチ空燃比に相当する値であるとき（即ち、リーン要求に基づいて機関の空燃比がリーン空燃比に制御されているとき）、機関の運転状態が加速運転状態となることにより吸入空気量（従って、排ガス量）が急激に増大すると、触媒上流の排気通路内に「触媒が吸蔵することができない多量の酸素、及び、触媒が浄化することができない多量のＮＯｘ」が存在する状態となる場合が生じる。この結果、触媒から多量のＮＯｘが排出される。
【０００９】
本発明はこのような課題に対処するために為されたものであって、その目的の一つは、下流側空燃比センサの下流に絞り弁を配設し、所定の条件が成立したときにその絞り弁を用いて排気通路の流路断面積を減少せしめることにより、触媒における排ガスの浄化作用を促進し、以って、エミッションを改善することが可能な内燃機関の排ガス浄化装置を提供することにある。
【００１０】
上記目的を達成する本発明の内燃機関の排ガス浄化装置は、
内燃機関の排気通路に配設された三元触媒と、
前記排気通路の前記触媒よりも下流に配設された下流側空燃比センサと、
前記下流側空燃比センサの出力値に基づいて、「前記触媒に理論空燃比よりも小さい空燃比（リッチ空燃比）の排ガスを供給すべきリッチ要求」及び「前記触媒に理論空燃比よりも大きい空燃比（リーン空燃比）の排ガスを供給すべきリーン要求」のうちの何れの空燃比要求が発生しているかを判定するとともに、前記判定された空燃比要求に応じた空燃比の排ガスが前記触媒に流入するように、前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
を備える。
【００１１】
更に、本発明の内燃機関の排ガス浄化装置は、
前記排気通路の前記下流側空燃比センサよりも下流に配設されるとともに前記排気通路の流路断面積を指示信号に応じて変更可能に構成された絞り弁と、
所定の条件が成立したときに前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出する絞り弁開度制御手段と、
を備える。
【００１２】
これによれば、例えば、下流側空燃比センサの出力値が触媒の状態（適正な空燃比要求）を精度良く表さない場合等、所定の条件が成立したとき、排気通路の流路断面積を小さくすることができる。これにより、触媒よりも下流の圧力が高くなるので、排ガスが触媒に滞留している時間が長くなる。その結果、未浄化のまま触媒から排出されるＮＯｘ又は未燃物の量を減少させることができる。即ち、エミッションを良好にすることができる。更に、下流側空燃比センサに到達している排ガスの空燃比と、「触媒内の排ガス及び触媒よりも上流の排気通路内の排ガス」の空燃比と、の乖離の程度を小さくすることができる。その結果、適正な空燃比要求を発生させることも可能となる。
【００１３】
本発明による排ガス浄化装置において、
前記所定の条件は前記機関の吸入空気量の単位時間あたりの増加量が所定量以上となったときに成立する条件であり、
前記絞り弁開度制御手段は、前記所定の条件が成立したときに前記排気通路の流路断面積が小さくなるように前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出するように構成される。
【００１４】
前記機関の吸入空気量の単位時間あたりの増加量が所定量以上となったとしても、その時点からある時間が経過するまでの期間、下流側空燃比センサの出力値はリーン空燃比に相当する値又はリッチ空燃比に相当する値から変化しない場合が生じる。よって、その期間において触媒上流の排気通路内に触媒が浄化できない量の「ＮＯｘ又は未燃物」が機関から排出される。上記構成によれば、前記機関の吸入空気量の単位時間あたりの増加量が所定量以上となったとき、排気通路の流路断面積が減少させられる。よって、触媒上流の排気通路内の排ガスを長時間に渡って触媒内に滞留させることができる。その結果、触媒から未浄化のまま排出される「ＮＯｘ又は未燃物」の量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排ガス浄化装置（第１装置）を適用した内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示した上流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。
【図３】図１に示した下流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。
【図４】第１装置のＣＰＵが実行する「燃料噴射制御ルーチン」を示したフローチャートである。
【図５】第１装置のＣＰＵが実行する「触媒状態判定ルーチン」を示したフローチャートである。
【図６】第１装置のＣＰＵが実行する「絞り弁制御ルーチン（１）」を示したフローチャートである。
【図７】第１装置のＣＰＵが実行する「絞り弁制御ルーチン（２）」を示したフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係る排ガス浄化装置（第２装置）のＣＰＵが実行する「絞り弁制御ルーチン（１）」を示したフローチャートである。
【図９】第２装置のＣＰＵが実行する「絞り弁制御ルーチン（２）」を示したフローチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る排ガス浄化装置（第３装置）のＣＰＵが実行する「絞り弁制御ルーチン」を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の各実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
（構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る排ガス浄化装置（以下、「第１装置」とも称呼する。）が適用される内燃機関１０の概略構成を示している。機関１０は、４サイクル・火花点火式・多気筒（本例において４気筒）・ガソリン燃料機関である。機関１０は、本体部２０、吸気系統３０及び排気系統４０を備えている。
【００１８】
本体部２０は、シリンダブロック部とシリンダヘッド部とを備えている。本体部２０は、ピストン頂面、シリンダ壁面及びシリンダヘッド部の下面からなる複数（４個）の燃焼室（第１気筒＃１乃至第４気筒＃４）２１を備えている。
【００１９】
シリンダヘッド部には、各燃焼室（各気筒）２１に「空気及び燃料からなる混合気」を供給するための吸気ポート２２と、各燃焼室２１から排ガス（既燃ガス）を排出するための排気ポート２３と、が形成されている。吸気ポート２２は図示しない吸気弁により開閉され、排気ポート２３は図示しない排気弁により開閉されるようになっている。
【００２０】
シリンダヘッド部には複数（４個）の点火プラグ２４が固定されている。各点火プラグ２４は、その火花発生部が各燃焼室２１の中央部であってシリンダヘッド部の下面近傍位置に露呈するように配設されている。各点火プラグ２４は、点火信号に応答して火花発生部から点火用火花を発生するようになっている。
【００２１】
シリンダヘッド部には更に複数（４個）の燃料噴射弁（インジェクタ）２５が固定されている。燃料噴射弁２５は、各吸気ポート２２に一つずつ（即ち、一つの気筒に対して一つ）設けられている。燃料噴射弁２５は、噴射指示信号に応答し、「その噴射指示信号に含まれる指示噴射量の燃料」を対応する吸気ポート２２内に噴射するようになっている。
【００２２】
更に、シリンダヘッド部には、吸気弁制御装置２６が設けられている。この吸気弁制御装置２６は、インテークカムシャフト（図示せず）とインテークカム（図示せず）との相対回転角度（位相角度）を油圧により調整・制御する周知の構成を備えている。吸気弁制御装置２６は、指示信号（駆動信号）に基いて作動し、吸気弁の開弁タイミング（吸気弁開弁タイミング）を変更することができるようになっている。
【００２３】
吸気系統３０は、インテークマニホールド３１、吸気管３２、エアフィルタ３３、スロットル弁３４及びスロットル弁アクチュエータ３４ａを備えている。
【００２４】
インテークマニホールド３１は、各吸気ポート２２に接続された複数の枝部と、それらの枝部が集合したサージタンク部と、を備えている。吸気管３２はサージタンク部に接続されている。インテークマニホールド３１、吸気管３２及び複数の吸気ポート２２は、吸気通路を構成している。エアフィルタ３３は吸気管３２の端部に設けられている。
【００２５】
スロットル弁３４はエアフィルタ３３とインテークマニホールド３１との間の位置において吸気管３２に回動可能に取り付けられている。スロットル弁３４は、回動することにより吸気管３２が形成する吸気通路の流路断面積（開口断面積）を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ３４ａは、ＤＣモータからなり、指示信号（駆動信号）に応答してスロットル弁３４を回動させるようになっている。
【００２６】
排気系統４０は、エキゾーストマニホールド４１、エキゾーストパイプ（排気管）４２、上流側触媒４３、下流側触媒４４、絞り弁（排気絞り弁）４５及び絞り弁アクチュエータ４５ａを備えている。
【００２７】
エキゾーストマニホールド４１は、各排気ポート２３に接続された複数の枝部４１ａと、それらの枝部４１ａが集合した集合部（排気集合部）４１ｂと、からなっている。エキゾーストパイプ４２は、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂに接続されている。エキゾーストマニホールド４１、エキゾーストパイプ４２及び複数の排気ポート２３は、排ガスが通過する通路（排気通路）を構成している。
【００２８】
上流側触媒４３は、セラミックからなる担持体に「触媒物質である貴金属（パラジウムＰｄ及び白金Ｐｔ、ロジウムＲｄ等）」及び「酸素吸蔵材であるセリア（CeO2)」を担持していて、酸素吸蔵・放出機能（酸素吸蔵機能）を有する三元触媒である。上流側触媒４３はエキゾーストパイプ４２に配設（介装）されている。上流側触媒４３は所定の活性温度に到達すると、「未燃物（ＨＣ、ＣＯ及びＨ２等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒機能」及び「酸素吸蔵機能」を発揮する。上流側触媒４３は、スタート・キャタリティック・コンバータ（ＳＣ）又は第１触媒とも称呼される。
【００２９】
下流側触媒４４は、上流側触媒４３と同様の三元触媒である。下流側触媒４４は、上流側触媒４３よりも下流においてエキゾーストパイプ４２に配設（介装）されている。下流側触媒４４は、車両のフロア下方に配設されているため、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータ（ＵＦＣ）又は第２触媒とも称呼される。なお、本明細書において、単に「触媒」と言うとき、その「触媒」は上流側触媒４３を意味する。
【００３０】
絞り弁（排気絞り弁）４５は、下流側空燃比センサ５６及び下流側触媒４４よりも下流においてエキゾーストパイプ４２に回動可能に取り付けられている。絞り弁４５は、回動することによりエキゾーストパイプ４２が形成する排気通路の流路断面積（開口断面積）を変更するようになっている。絞り弁アクチュエータ４５ａは、ＤＣモータからなり、指示信号（駆動信号）に応答して絞り弁４５を回動させるようになっている。
【００３１】
第１装置は、熱線式エアフローメータ５１、スロットルポジションセンサ５２、機関回転速度センサ５３、水温センサ５４、上流側空燃比センサ５５、下流側空燃比センサ５６及びアクセル開度センサ５７を備えている。
【００３２】
熱線式エアフローメータ５１は、吸気管３２内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量（機関１０の単位時間あたりの吸入空気量）Ｇａを表す信号を出力するようになっている。
【００３３】
スロットルポジションセンサ５２は、スロットル弁３４の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
【００３４】
機関回転速度センサ５３は、インテークカムシャフトが５°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにインテークカムシャフトが３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。機関回転速度センサ５３から出力される信号は後述する電気制御装置６０により機関回転速度ＮＥを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置６０は、機関回転速度センサ５３及び図示しないクランク角センサからの信号に基いて、機関１０のクランク角度（絶対クランク角）を取得するようになっている。
【００３５】
水温センサ５４は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。
【００３６】
上流側空燃比センサ５５は、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂと上流側触媒４３との間の位置においてエキゾーストマニホールド４１及びエキゾーストパイプ４２の何れか（即ち、排気通路）に配設されている。上流側空燃比センサ５５は、例えば、特開平１１−７２４７３号公報、特開２０００−６５７８２号公報及び特開２００４−６９５４７号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。
【００３７】
上流側空燃比センサ５５は、図２に示したように、上流側空燃比センサ５５の配設位置を流れる排ガスの空燃比（触媒４３に流入するガスである「触媒流入ガス」の空燃比、検出上流側空燃比abyfs）に応じた出力値Vabyfsを出力する。出力値Vabyfsは触媒流入ガスの空燃比が大きくなるほど（即ち、触媒流入ガスの空燃比がリーン側の空燃比になるほど）増大する。
【００３８】
電気制御装置６０は、図２に示した空燃比変換テーブル（マップ）Mapabyfsを記憶している。電気制御装置６０は、出力値Vabyfsを空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより、実際の上流側空燃比abyfsを検出する（検出上流側空燃比abyfsを取得する）ようになっている。
【００３９】
再び、図１を参照すると、下流側空燃比センサ５６は、上流側触媒４３と下流側触媒４４との間の位置においてエキゾーストパイプ４２（即ち、排気通路）に配設されている。下流側空燃比センサ５６は、周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）である。下流側空燃比センサ５６は、下流側空燃比センサ５６の配設位置を流れる排ガス（即ち、触媒４３から流出するガスである「触媒流出ガス」）の空燃比（下流側空燃比afdown）に応じた出力値Voxsを出力するようになっている。
【００４０】
下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsは、図３に示したように、触媒流出ガス（被検出ガス）の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であって、触媒流出ガスの酸化平衡後のガスの酸素分圧が小さいとき最大出力値max（例えば、約０．９〜１．０Ｖ）となる。即ち、下流側空燃比センサ５６は、触媒流出ガスに過剰の酸素が含まれていないときに最大出力値maxを出力する。
【００４１】
また、出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比であって、触媒流出ガスの酸化平衡後のガスの酸素分圧が大きいとき最小出力値min（例えば、約０〜０．１Ｖ）となる。即ち、下流側空燃比センサ５６は触媒流出ガスに過剰の酸素が含まれているとき最小出力値minを出力する
【００４２】
更に、この出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比からリーン側の空燃比へと変化する際に最大出力値maxから最小出力値minへと急激に減少する。逆に、出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比へと変化する際に最小出力値minから最大出力値maxへと急激に増大する。なお、最小出力値minと最大出力値maxとの平均値は中央値Vmid（＝（max＋min）／２）と称呼される。中央値Vmidは理論空燃比相当電圧Ｖstとも称呼される。
【００４３】
図１に示したアクセル開度センサ５７は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセルペダルＡＰの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００４４】
電気制御装置６０は、「ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース等」からなる「周知のマイクロコンピュータ」を含む電子回路である。
【００４５】
電気制御装置６０が備えるバックアップＲＡＭは、機関１０を搭載した車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチの位置（オフ位置、始動位置及びオン位置等の何れか）に関わらず、車両に搭載されたバッテリから電力の供給を受けるようになっている。バックアップＲＡＭは、バッテリから電力の供給を受けている場合、ＣＰＵの指示に応じてデータを格納する（データが書き込まれる）とともに、そのデータを読み出し可能となるように保持（記憶）する。バックアップＲＡＭは、バッテリが車両から取り外される等によりバッテリからの電力供給が遮断されると、データを保持することができない。即ち、それまでに保持していたデータが消失（破壊）される。
【００４６】
電気制御装置６０のインターフェースは、前記センサ５１〜５７と接続され、ＣＰＵにセンサ５１〜５７からの信号を供給するようになっている。更に、そのインターフェースは、ＣＰＵの指示に応じて、各気筒の点火プラグ２４、各気筒の燃料噴射弁２５、吸気弁制御装置２６、スロットル弁アクチュエータ３４ａ及び絞り弁アクチュエータ４５ａ等に指示信号（駆動信号）等を送出するようになっている。なお、電気制御装置６０は、取得されたアクセルペダルの操作量Accpが大きくなるほどスロットル弁開度ＴＡが大きくなるように、スロットル弁アクチュエータ３４ａに指示信号を送出するようになっている。
【００４７】
（作動）
次に、本装置の実際の作動の詳細について説明する。
＜燃料噴射制御＞
ＣＰＵは、図４にフローチャートにより示した燃料噴射制御ルーチンを、任意の気筒のクランク角がその任意の気筒の吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が上記所定クランク角度になると、ＣＰＵはステップ４００から処理を開始し、ステップ４１０にてフューエルカットフラグＸＦＣの値が「０」であるか否かを判定する。
【００４８】
フューエルカットフラグＸＦＣの値は、図示しないフューエルカット条件判定ルーチンにより、フューエルカット条件（燃料供給遮断条件、フューエルカット開始条件）が成立したときに「１」に設定され、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「１」であるときにフューエルカット終了条件が成立すると「０」に設定される。フューエルカットフラグＸＦＣの値は、イニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。イニシャルルーチンは、機関１０が搭載された車両のイグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたときにＣＰＵにより実行されるルーチンである。
【００４９】
いま、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ４１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４２０に進み、テーブルMapMc（Ｇａ，ＮＥ）に基づいて「今回の吸気行程を迎える気筒」に吸入される筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を取得（推定・決定）する。今回の吸気行程を迎える気筒は「燃料噴射気筒」とも称呼される。Ｇａは、エアフローメータ５１が計測している吸入空気量である。ＮＥは、別途求められている機関回転速度である。筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）は、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭに記憶されていく。なお、ＣＰＵは周知の「空気モデル」を用いて筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を推定してもよい。
【００５０】
次に、ＣＰＵはステップ４３０に進み、サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値が「１」であるか否かを判定する。サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値は、サブフィードバック制御条件が成立しているときに「１」に設定され、サブフィードバック制御条件が不成立であるときに「０」に設定される。サブフィードバック制御条件は、以下の総ての条件が成立したときに成立し、以下の条件の少なくとも一つが不成立であるとき不成立となる。
（Ｓ１）メインフィードバック制御条件が成立している。
（Ｓ２）下流側空燃比センサ５６が活性化している。
【００５１】
なお。メインフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立し、以下の条件の少なくとも一つが不成立であるとき不成立となる。
（Ｍ１）上流側空燃比センサ５５が活性化している。
（Ｍ２）機関の負荷（負荷率）ＫＬが閾値ＫＬｔｈ以下である。
（Ｍ３）フューエルカット中でない。
【００５２】
負荷率ＫＬは、ＫＬ＝（Ｍｃ（ｋ）／（ρ・Ｌ／４））・１００％なる式により求められる。この式において、Ｍｃ（ｋ）は筒内吸入空気量であり、ρは空気密度（単位は（ｇ／ｌ））、Ｌは機関１０の排気量（単位は（ｌ））、「４」は機関１０の気筒数である。なお、機関の負荷として、負荷率ＫＬに代え、アクセルペダル操作量Ａｃｃｐが用いられても良い。
【００５３】
サブフィードバック制御条件が成立していないと、サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値は「０」である。従って、この場合、ＣＰＵはステップ４３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４４０に進み、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を理論空燃比stoich（本例においては１４．７）で除することにより、機関の空燃比を理論空燃比stoichに一致させるための基本燃料噴射量Ｆｂを求める。換言すると、ＣＰＵは、目標空燃比abyfrを理論空燃比stoichに設定する。その後、ＣＰＵはステップ４８０に進む。
【００５４】
これに対し、ＣＰＵがステップ４３０の処理を実行する時点において、サブフィードバック制御条件が成立していると、サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値は「１」である。従って、この場合、ＣＰＵはステップ４３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４５０に進み、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」であるか否かを判定する。リッチ要求フラグＸRichreqの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「１」に設定されるようになっている。
【００５５】
更に、リッチ要求フラグＸRichreqの値は、図５のルーチンにより設定される。即ち、ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図５にフローチャートにより示した「触媒状態判定ルーチン（空燃比要求判定ルーチン）」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図５のステップ５００から処理を開始してステップ５１０に進み、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さいか否かを判定する。換言すると、ＣＰＵは出力値Voxsにより示される空燃比（下流側空燃比）が理論空燃比stoichよりも大きい（リーンな）空燃比であるか否かを判定する。
【００５６】
そして、ＣＰＵは、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さい場合、触媒４３の状態が酸素過剰状態（リーン状態）であると判定し、よって、リッチ要求が発生していると判定する。即ち、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さい場合、ＣＰＵは、ステップ５１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２０に進み、リッチ要求フラグＸRichreqの値を「１」に設定し、その後、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００５７】
これに対し、ＣＰＵは、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である場合、触媒４３の状態が酸素不足状態（リッチ状態）であると判定し、よって、リーン要求が発生していると判定する。即ち、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である場合、ＣＰＵは、ステップ５１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５３０に進み、リッチ要求フラグＸRichreqの値を「０」に設定し、その後、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００５８】
このように、リッチ要求フラグＸRichreqの値は、触媒４３の状態が酸素過剰状態である（触媒４３にリッチ空燃比の排ガスを流入すべき状態にある）ときに「１」に設定され、触媒４３の状態が酸素不足状態である（触媒４３にリーン空燃比の排ガスを流入すべき状態にある）とき「０」に設定される。
【００５９】
リッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」に設定されている場合、ＣＰＵは図４のステップ４５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４６０に進み、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を所定リッチ空燃比afRich（本例においては１４．２）で除することにより、機関の空燃比を所定リッチ空燃比afRichに一致させるための基本燃料噴射量Ｆｂを求める。換言すると、ＣＰＵは、目標空燃比abyfrを所定リッチ空燃比afRichに設定する。所定リッチ空燃比afRichは理論空燃比よりも小さい。その後、ＣＰＵはステップ４８０に進む。
【００６０】
これに対し、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「０」に設定されている場合、ＣＰＵは図４のステップ４５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４７０に進み、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を所定リーン空燃比afLean（本例においては１５．２）で除することにより、機関の空燃比を所定リーン空燃比afLeanに一致させるための基本燃料噴射量Ｆｂを求める。換言すると、ＣＰＵは、目標空燃比abyfrを所定リーン空燃比afLeanに設定する。所定リーン空燃比afLeanは理論空燃比よりも大きい。その後、ＣＰＵはステップ４８０に進む。
【００６１】
ＣＰＵは、ステップ４８０に進んだとき、ステップ４４０、ステップ４６０及びステップ４７０の何れかのステップにて算出された基本燃料噴射量Ｆｂにメインフィードバック量ＫＦmainを乗じる（基本燃料噴射量Ｆｂをメインフィードバック量ＫＦmainにより補正する）ことによって指示燃料噴射量Ｆｉを算出する。
【００６２】
メインフィードバック量ＫＦmainは、上述したメインフィードバック制御条件が成立しているとき、上流側空燃比センサ５５の出力値Vabyfsに基づいて決定される。より具体的に述べると、メインフィードバック量ＫＦmainは、以下のようにして決定される。
【００６３】
（１）サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値が「０」である場合（即ち、基本燃料噴射量Ｆｂが、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を理論空燃比stoichにより除した値である場合）、メインフィードバック量ＫＦmainは、上流側空燃比センサ５５の出力値Vabyfsにより表される上流側空燃比abyfsが理論空燃比stoichよりも小さい（リッチである）とき減少させられ、上流側空燃比abyfsが理論空燃比stoichよりも大きい（リーンである）とき増大させられる。
【００６４】
（２）サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値が「１」であり、且つ、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」である場合（即ち、基本燃料噴射量Ｆｂが、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を所定リッチ空燃比afRichにより除した値である場合）、メインフィードバック量ＫＦmainは、上流側空燃比abyfsが所定リッチ空燃比afRichよりも小さい（リッチである）とき減少させられ、上流側空燃比abyfsが所定リッチ空燃比afRichよりも大きい（リーンである）とき増大させられる。
【００６５】
（３）サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値が「１」であり、且つ、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「０」である場合（即ち、基本燃料噴射量Ｆｂが、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を所定リーン空燃比afLeanした値である場合）、メインフィードバック量ＫＦmainは、上流側空燃比abyfsが所定リーン空燃比afLeanよりも小さい（リッチである）とき減少させられ、上流側空燃比abyfsが所定リーン空燃比afLeanよりも大きい（リーンである）とき増大させられる。
【００６６】
（４）メインフィードバック制御条件が不成立であるとき、メインフィードバック量ＫＦmainは「１」に設定される。
このように、メインフィードバック量ＫＦmain、実際の上流側空燃比abyfsが目標空燃比abyfrよりも小さいとき減少され、実際の上流側空燃比abyfsが目標空燃比abyfrよりも大きいとき増大される。
【００６７】
次に、ＣＰＵはステップ４９０に進み、指示燃料噴射量Ｆｉの燃料が燃料噴射気筒に対する燃料噴射弁２５から噴射されるように、その燃料噴射弁２５に対して燃料の噴射指示を行う。その後、ＣＰＵはステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００６８】
一方、ＣＰＵがステップ４１０の処理を行う時点において、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「１」であると、ＣＰＵはそのステップ４１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ４９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。よって、ステップ４９０の処理が実行されないので、フューエルカット運転が実行される。
【００６９】
更に、ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図６にフローチャートにより示した「絞り弁制御ルーチン（１）」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図６のステップ６００から処理を開始してステップ６１０に進み、吸入空気量Ｇａを読み込む。
【００７０】
次に、ＣＰＵはステップ６２０に進み、ステップ６１０にて読み込んだ「現時点の吸入空気量Ｇａ」から「所定時間前（前回）の吸入空気量Ｇａold」を減じた値ΔＧａを算出する。値ΔＧａは「吸入空気変化量ΔＧａ、又は、吸入空気増加量ΔＧａ」とも称呼される。次いで、ＣＰＵはステップ６３０に進み、ステップ６１０にて読み込んだ「現時点の吸入空気量Ｇａ」を「所定時間前（前回）の吸入空気量Ｇａold」として格納する。
【００７１】
次に、ＣＰＵはステップ６４０に進み、絞り弁制御実行フラグＸＣの値が「０」であるか否かを判定する。絞り弁制御実行フラグＸＣの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。従って、ここでは、絞り弁制御実行フラグＸＣの値が「０」であると仮定する。
【００７２】
この場合、ＣＰＵはステップ６４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６５０に進み、吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きいか否かを判定する。このとき、吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈ以下であると仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ６５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。よって、絞り弁制御実行フラグＸＣの値は「０」に維持される。
【００７３】
更に、ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図７にフローチャートにより示した「絞り弁制御ルーチン（２）」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図７のステップ７００から処理を開始してステップ７１０に進み、絞り弁制御実行フラグＸＣの値が「１」であるか否かを判定する。
【００７４】
現時点において、絞り弁制御実行フラグＸＣの値は「０」に維持されている。従って、ＣＰＵはステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７５】
かかる状態において、加速操作が行われ、吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなると、ＣＰＵは図６のステップ６５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６６０に進む。そして、ＣＰＵは、ステップ６６０にて絞り弁制御実行フラグＸＣの値を「１」に設定し、ステップ６７０に進んで加速後時間カウンタＣＣＬの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７６】
この状態において、ＣＰＵが図７のステップ７０５に進むと、ＣＰＵはそのステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０に進み、加速後時間カウンタＣＣＬの値を「１」だけ増大する。次に、ＣＰＵはステップ７１５に進み、加速後時間カウンタＣＣＬの値がカウンタ閾値ＣＣＬｔｈ以下であるか否かを判定する。カウンタ閾値ＣＣＬｔｈは「２」以上の所定値に設定されている。
【００７７】
現時点は、加速後時間カウンタＣＣＬの値が「０」から「１」だけ増大された直後である。従って、ＣＰＵはステップ７１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、吸入空気量Ｇａに基づいて排ガス輸送遅れ時間ｔｄを算出する。排ガス輸送遅れ時間ｔｄは、吸入空気量Ｇａが大きいほど小さくなるように算出される。
【００７８】
次に、ＣＰＵはステップ７２５に進み、排ガス輸送遅れ時間ｔｄに基づいて絞り弁４５の絞り量ＣＬＯＳＥを決定する。より具体的に述べると、ＣＰＵは、排ガス輸送遅れ時間ｔｄが所定時間ｔｄｔｈ以下のとき、絞り量ＣＬＯＳＥを「０」に設定する。更に、ＣＰＵは、排ガス輸送遅れ時間ｔｄが所定時間ｔｄｔｈ以上であるとき、排ガス輸送遅れ時間ｔｄが大きくなるほど絞り量ＣＬＯＳＥが大きくなるように、絞り量ＣＬＯＳＥを決定する。なお、絞り量ＣＬＯＳＥが大きいほど、絞り弁４５は大きい角度だけ回転させられ、それにより、エキゾーストパイプ４２が形成する排気通路の流路断面積がより小さくなる。但し、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmaxに一致した場合であっても、エキゾーストパイプ４２が形成する排気通路の流路断面積は「０」にはならない。
【００７９】
次に、ＣＰＵはステップ７３０に進み、絞り弁４５を絞り量ＣＬＯＳＥに応じた角度だけ回転させるように絞り弁アクチュエータ４５ａに指示信号を送出し、それによって、エキゾーストパイプ４２が形成する排気通路の流路断面積を変更する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００８０】
この状態において、ＣＰＵが図６のステップ６４０に進むと、ＣＰＵはそのステップ６４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。更に、この状態において、ＣＰＵが図７のステップ７０５に進むと、ＣＰＵはそのステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０及びステップ７１５に進む。従って、加速後時間カウンタＣＣＬの値がカウンタ閾値ＣＣＬｔｈよりも大きくなるまで、ステップ７２０乃至ステップ７３０の処理が繰り返し実行される。
【００８１】
その後、加速後時間カウンタＣＣＬの値がカウンタ閾値ＣＣＬｔｈよりも大きくなると、ＣＰＵはステップ７１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７３５に進み、絞り量ＣＬＯＳＥを一定量ｄＣだけ小さくする。次に、ＣＰＵはステップ７４０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥが「０」以下であるか否かを判定する。このとき、絞り量ＣＬＯＳＥが「０」より大きいと、ＣＰＵはステップ７４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７３０に直接進む。
【００８２】
これに対し、ＣＰＵがステップ７４０の処理を実行する時点において、絞り量ＣＬＯＳＥが「０」以下であると、ＣＰＵはそのステップ７４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７４５に進み、絞り量ＣＬＯＳＥを「０」に設定する。更に、ＣＰＵはステップ７５０に進み、絞り弁制御実行フラグＸＣの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ７３０に進む。
【００８３】
以上、説明したように、第１装置は、
下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsに基づいて、「触媒４３に理論空燃比よりも小さい空燃比の排ガスを供給すべきリッチ要求」及び「触媒４３に理論空燃比よりも大きい空燃比の排ガスを供給すべきリーン要求」のうちの何れの空燃比要求が発生しているかを判定するとともに（図５のルーチンを参照。）、前記判定された空燃比要求に応じた空燃比の排ガスが前記触媒に流入するように、機関１０に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段（図４のステップ４５０乃至４９０を参照。）と、
機関１０の排気通路の下流側空燃比センサ５６よりも下流に配設されるとともに前記排気通路の流路断面積を指示信号に応じて変更可能に構成された絞り弁（４５、４５ａ）と、
所定の条件が成立したときに前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出する絞り弁開度制御手段（図６及び図７のルーチンを参照。）と、
を備える。
【００８４】
更に、前記絞り弁開度制御手段は、
前記機関の吸入空気量の単位時間あたりの増加量（吸入空気変化量ΔＧａ）が所定量（吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈ）以上となったとき前記排気通路の流路断面積が小さくなるように前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出するように構成されている（図６のステップ６５０及びステップ６６０、及び、図７のステップ７０５での「Ｙｅｓ」との判定を参照。）。更に、前記絞り弁開度制御手段は、吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈ以上となった時点から所定の時間が経過するまで、前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出するように構成されている（図７のステップ７１５乃至ステップ７５０を参照。）。
【００８５】
この結果、リーン要求が発生している場合に吸入空気量Ｇａが急増し、多量のＮＯｘが触媒４３の上流の排気通路内に排出された場合、触媒４３（及び下流側触媒４４）内に排ガスを長時間滞留させることができる。従って、排ガス中のＮＯｘが触媒４３（及び下流側触媒４４）内においてより浄化されるので、ＮＯｘの大気中への放出量を低減することができる。
【００８６】
或いは、リッチ要求が発生している場合に吸入空気量Ｇａが急増し、多量の未燃物が触媒４３の上流の排気通路内に排出された場合、触媒４３（及び下流側触媒４４）内に排ガスを長時間滞留させることができる。従って、排ガス中の未燃物が触媒４３（及び下流側触媒４４）内においてより浄化されるので、未燃物の大気中への放出量を低減することができる。
【００８７】
なお、ＣＰＵは、図６のステップ６５０とステップ６６０との間に、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きいか否かを判定するステップ、及び、リッチ要求フラグＸRichreqが「０」であるか否かを判定するステップ、の何れかを追加してもよい。この場合、ＣＰＵは、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きいとき（即ち、リーン要求が発生しているとき）ステップ６６０に進み、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以下であるとき（リッチ要求が発生しているとき）ステップ６９５に直接進むように構成される。これによれば、ＮＯｘが排出される可能性が高い場合にのみ、絞り弁４５が閉じられるので、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００８８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る排ガス浄化装置（以下、「第２装置」とも称呼する。）について説明する。第２装置は、ＣＰＵが「図６及び図７」に代わる「図８及び図９」にフローチャートにより示した「絞り弁制御ルーチン（１）及び（２）」を実行するようになっている点のみにおいて、第１装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。なお、図８及び図９に示したルーチンのステップのうち、既に説明したステップと同一の処理を行うステップには、そのようなステップに付された符号と同一の符合が付されている。
【００８９】
図８に示したルーチンは、ステップ６７０の次にステップ８１０が追加されている点のみにおいて図６に示したルーチンと相違する。即ち、ＣＰＵはステップ６７０の処理を終了するとステップ８１０に進み、吸入空気量Ｇａに基づいてカウンタ閾値ＣＣＬｔｈを算出する。カウンタ閾値ＣＣＬｔｈは、吸入空気量Ｇａが大きいほど小さくなるように決定される。換言すると、カウンタ閾値ＣＣＬｔｈは、「吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなった時点」からカウンタ閾値ＣＣＬｔｈに相当する時間が経過したとき、吸入空気急増時における空燃比要求とは反対の空燃比要求が発生するであろう値となるように設定されている。
【００９０】
即ち、「吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなった時点」において、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きい場合（リーン要求が発生している場合）、「吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなった時点」からカウンタ閾値ＣＣＬｔｈに相当する時間が経過すると出力値Voxsは理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さくなる（リッチ要求が発生する）。同様に、「吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなった時点」において、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さい場合（リッチ要求が発生している場合）、「吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなった時点」からカウンタ閾値ＣＣＬｔｈに相当する時間が経過すると出力値Voxsは理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きくなる（リーン要求が発生する）。その後、ＣＰＵはステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００９１】
図９に示したルーチンは、図７のステップ７２０及びステップ７２５を、ステップ９１０乃至ステップ９３０に置換した点のみにおいて図７に示したルーチンと相違する。即ち、ＣＰＵはステップ７１５にて「Ｙｅｓ」と判定するとステップ９１０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥを一定量ｄＣだけ大きくする。次に、ＣＰＵはステップ９２０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmax以上であるか否かを判定する。このとき、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmax未満であると、ＣＰＵはステップ９２０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７３０に直接進む。
【００９２】
これに対し、ＣＰＵがステップ９２０の処理を実行する時点において、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmax以上であると、ＣＰＵはそのステップ９２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９３０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥを最大絞り量ＣＬmaxに設定する。その後、ＣＰＵはステップ７３０に進む。
【００９３】
この結果、絞り量ＣＬＯＳＥは、「吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなった時点」から「所定時間が経過する時点（即ち、加速後時間カウンタＣＣＬがカウンタ閾値ＣＣＬｔｈに到達する時点）」までの期間において「０」から次第に増大する。
【００９４】
更に、絞り量ＣＬＯＳＥは、ステップ７１５、ステップ７３５乃至ステップ７５０の処理により、「前記所定時間が経過する時点（即ち、加速後時間カウンタＣＣＬがカウンタ閾値ＣＣＬｔｈに到達する時点）」以降において次第に減少する。更に、前記所定時間は吸入空気量Ｇａが大きいほど短くなる（図８のステップ８１０と、図９のステップ７１５と、を参照。）。
【００９５】
この結果、リーン要求が発生している場合に吸入空気量Ｇａが急増し、多量のＮＯｘが触媒４３の上流の排気通路内に排出された場合、排出されたＮＯｘの量が大きいほどより長い時間に渡って触媒４３（及び下流側触媒４４）内に排ガスを滞留させることができる。従って、排ガス中のＮＯｘが触媒４３及び（及び下流側触媒４４）内においてより浄化されるので、ＮＯｘの大気中への放出量を低減することができる。
【００９６】
或いは、リッチ要求が発生している場合に吸入空気量Ｇａが急増し、多量の未燃物が触媒４３の上流の排気通路内に排出された場合、排出された未燃物の量が大きいほどより長い時間に渡って触媒４３（及び下流側触媒４４）内に排ガスを滞留させることができる。従って、排ガス中の未燃物が触媒４３及び（及び下流側触媒４４）内においてより浄化されるので、未燃物の大気中への放出量を低減することができる。
【００９７】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る排ガス浄化装置（以下、「第３装置」とも称呼する。）について説明する。第３装置は、ＣＰＵが「図６及び図７」に代わる図１０にフローチャートにより示した「絞り弁制御ルーチン」を所定時間が経過する毎に実行するようになっている点のみにおいて、第１装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
【００９８】
所定のタイミングになると、ＣＰＵは図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１０１０に進み、下記の（１）式に従って単位時間あたりの「酸素変化量ＤＯＳＡ」を算出する。酸素変化量ＤＯＳＡは、触媒４３よりも上流の排気通路内に機関１０から排出された酸素の単位時間あたりの変化量である。下記の（１）式において、値「０．２３」は大気中に含まれる酸素の重量割合である。ＳＦｉは前記単位時間内に噴射された燃料噴射量（指示燃料噴射量Ｆｉ）の合計である。abyfrは、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」であるとき上記所定リッチ空燃比afRich（本例においては１４．２）であり、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「０」であるとき上記所定リーン空燃比afLean（本例においては１５．２）である。stoichは理論空燃比である。
ＤＯＳＡ＝０．２３・ＳＦｉ・（abyfr−stoich） …（１）
【００９９】
なお、（１）式におけるabyfrはabyfsに置換されてもよい。abyfsは、上流側空燃比センサ５５の出力値Vabyfsを図２に示した空燃比変換テーブルMapabyfs(Vabyfs)に適用することにより求められた上流側空燃比abyfsである。
【０１００】
次に、ＣＰＵはステップ１０２０に進み、その時点の排気通路内酸素量ＯＳＡに変化量ＤＯＳＡを加えることにより排気通路内酸素量ＯＳＡを更新する。次いで、ＣＰＵはステップ１０３０に進み、排気通路内酸素量ＯＳＡが最大酸素吸蔵量Ｃmax以上であるか否かを判定する。
【０１０１】
最大酸素吸蔵量Ｃmaxは、上流側触媒４３が吸蔵し得る酸素の量の最大値であり、所謂「アクティブ空燃比制御」によって別途取得されている。アクティブ空燃比制御は、例えば、特開平５−１３３２６４号公報等に記載された周知の制御である。例えば、最大酸素吸蔵量Ｃmaxは、次のようにして取得される。
【０１０２】
・ＣＰＵは、上流側触媒４３に理論空燃比stoichよりもリッチな空燃比の排ガスを流入し続け、上流側触媒４３の酸素吸蔵量を「０」に一致させる。このとき、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsは最大出力値maxとなる。
【０１０３】
・ＣＰＵは、その時点から上流側触媒４３に理論空燃比stoichよりもリーンな空燃比の排ガスを流入し続け、その時点から下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Vstよりも小さい値となる時点までの期間において「単位時間あたりの酸素吸蔵量変化量ΔＯＳＡ」を算出し、その酸素吸蔵量変化量ΔＯＳＡを積算することにより最大酸素吸蔵量Ｃmaxを求める。酸素吸蔵量変化量ΔＯＳＡは、ＳＦｉ（単位時間あたりの燃料量）・０．２３・（abyfs−stoich）により算出される。
【０１０４】
ＣＰＵがステップ１０３０の処理を実行する時点において、排気通路内酸素量ＯＳＡが最大酸素吸蔵量Ｃmax以上である場合、触媒４３は排気通路内の酸素を総て吸蔵することができず、同時に排気通路内のＮＯｘを十分に浄化できない。従って、この場合、ＣＰＵはステップ１０３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０４０に進み、排気通路内酸素量ＯＳＡから最大酸素吸蔵量Ｃmaxを減じた値に正の定数ｋを乗じた値ｋ・（ＯＳＡ−Ｃmax）を絞り弁４５の絞り量ＣＬＯＳＥとして設定する。
【０１０５】
次いで、ＣＰＵはステップ１０５０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmax以上であるか否かを判定する。このとき、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmax未満であると、ＣＰＵはステップ１０５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０７０に直接進む。
【０１０６】
これに対し、ＣＰＵがステップ１０５０の処理を実行する時点において、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmax以上であると、ＣＰＵはそのステップ１０５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０６０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥを最大絞り量ＣＬmaxに設定する。その後、ＣＰＵはステップ１０７０に進む。
【０１０７】
次に、ＣＰＵはステップ１０７０にて、絞り弁４５を絞り量ＣＬＯＳＥに応じた角度だけ回転させるように絞り弁アクチュエータ４５ａに指示信号を送出し、それによって、エキゾーストパイプ４２が形成する排気通路の流路断面積を変更する。その後、ＣＰＵはステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１０８】
この結果、触媒４３よりも上流の排気通路内の排気通路内酸素量ＯＳＡが最大酸素吸蔵量Ｃmax以上となった場合、「排気通路内酸素量ＯＳＡから最大酸素吸蔵量Ｃmaxを減じた値」が大きくなるほど排気通路の流路断面積が小さくなる。
【０１０９】
一方、ＣＰＵがステップ１０３０の処理を行う時点において、排気通路内酸素量ＯＳＡが最大酸素吸蔵量Ｃmax未満である場合、ＣＰＵはステップ１０３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０８０に進み、排気通路内酸素量ＯＳＡが「０」よりも小さいか否かを判定する。
【０１１０】
排気通路内酸素量ＯＳＡが「０」よりも小さい場合、触媒４３は排気通路内の未燃物を十分に浄化できない。従って、この場合、ＣＰＵはステップ１０８０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０８５に進み、排気通路内酸素量ＯＳＡの絶対値｜ＯＳＡ｜に定数ｋを乗じた値ｋ・｜ＯＳＡ｜を絞り弁４５の絞り量ＣＬＯＳＥとして設定する。その後、ＣＰＵはステップ１０５０以降に進む。
【０１１１】
これに対し、ＣＰＵがステップ１０８０の処理を行う時点において、排気通路内酸素量ＯＳＡが「０」以上である場合、ＣＰＵはステップ１０８０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥを「０」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１０５０以降に進む。
【０１１２】
この結果、触媒４３よりも上流の排気通路内の排気通路内酸素量ＯＳＡが「０」未満である場合、「排気通路内酸素量ＯＳＡ」の絶対値｜ＯＳＡ｜が大きくなるほど排気通路の流路断面積が小さくなる。
【０１１３】
以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、所定の条件が成立した場合、絞り弁４５を回動して排気通路の流路断面積を減少させる。その結果、排ガスが触媒４３及び下流側触媒４４に滞留する時間が長くなるので、エミッションを良好にすることができる。
【０１１４】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、絞り弁４５は、下流側空燃比センサ５６と下流側触媒４４との間のエキゾーストパイプ４２（排気通路）に配設されてもよい。
【０１１５】
更に、各排気浄化装置は、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsを下流側目標値Voxsref（通常、理論空燃比相当電圧Ｖst）に一致させるための周知のサブフィードバック制御を行うように構成されてもよい。即ち、各排気浄化装置は、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの偏差をＰＩＤ制御によって小さくするようにサブフィードバック量ＫＳＦＢを決定し、理論空燃比stoichからサブフィードバック量ＫＳＦＢを減じた値を目標空燃比abyfrとして設定するように構成され得る。
【０１１６】
この場合、出力値Voxsが下流側目標値Voxsrefよりも小さければサブフィードバック量ＫＳＦＢは増大させられる。その結果、目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichよりも小さくなる（リッチ空燃比に設定される）。一方、出力値Voxsが下流側目標値Voxsrefよりも大きければサブフィードバック量ＫＳＦＢは減少させられ、負の値になる。その結果、目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichよりも大きくなる（リーン空燃比に設定される）。
【０１１７】
この場合、各装置は、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsに基いて「リッチ要求及びリーン要求」の何れの空燃比要求が発生しているのかを自動的且つ実質的に判定し、その空燃比要求に応じて機関の空燃比を制御していると言うことができる。
【０１１８】
更に、各装置は、機関１０のドライバビリティを優先させるべき所定条件が成立したとき、絞り弁４５による排気通路の流路断面積の減少を直ちに停止する（絞り量ＣＬＯＳＥを「０」に設定することにより絞り弁４５を全開にする）ように構成され得る。ドライバビリティを優先させるべき所定条件の一例は、機関１０が減速運転される場合である。機関１０が減速運転される場合に絞り弁４５によって排気通路の流路断面積が減少させられていると、排気通路内の圧力が気筒内の圧力より高くなり、排ガスが気筒内に逆流して燃焼が不安定となり、機関１０のドライバビリティが低下する。更に、一般に、絞り弁アクチュエータ４５ａの動作速度には一定のディレイが組み込まれている（絞り弁４５の回転速度がある値以下となるように構成されている）が、機関１０のドライバビリティを優先させるべき所定条件が成立したときには係るディレイを最小にして、排気通路の流路断面積の減少を直ちに停止することが望ましい。
【符号の説明】
【０１１９】
１０…内燃機関、２１…燃焼室、２３…排気ポート、２５…燃料噴射弁、４０…排気系統、４１…エキゾーストマニホールド、４１ａ…枝部、４１ｂ…集合部、４２…エキゾーストパイプ、４３…上流側触媒、４４…下流側触媒、４５…絞り弁、４５ａ…絞り弁アクチュエータ、５５…上流側空燃比センサ、５６…下流側空燃比センサ、６０…電気制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に三元触媒を備えた内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関から排出される排ガスを浄化するために同機関の排気通路に三元触媒が配設されている。三元触媒は、周知のように、その三元触媒に流入する排ガスの成分に応じて酸素を吸蔵又は放出する「酸素吸蔵機能」を有する。以下、三元触媒は単に「触媒」とも称呼され、触媒に流入するガスは「触媒流入ガス」とも称呼される。
【０００３】
従来の排ガス浄化装置（従来装置）は、機関の排気通路であって触媒の下流に配設された下流側空燃比センサを備える。従来装置は、下流側空燃比センサの出力値に基づいて、リッチ要求及びリーン要求のうちの何れの空燃比要求が発生しているかを判定する。リッチ要求は、前記触媒に理論空燃比よりも小さい空燃比の排ガスを供給すべきであることを示す空燃比についての要求である。リーン要求は、前記触媒に理論空燃比よりも大きい空燃比の排ガスを供給すべきであることを示す空燃比についての要求である。そして、従来装置は、空燃比要求に応じた空燃比の排ガスが前記触媒に供給されるように、機関に供給される混合気の空燃比を制御する（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１５８９１５号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、下流側空燃比センサの出力値は触媒の状態を精度良く表さない場合があり、その結果、空燃比要求が正確にならず、触媒に流入する排ガスの空燃比が不適切となることに起因してエミッションが悪化する場合がある。
【０００６】
より具体的に述べると、例えば、下流側空燃比センサの出力値が「理論空燃比よりも小さい空燃比（以下、単に「リッチ空燃比」とも称呼する。）に対応する値」である場合、従来装置は、リーン要求が発生したと判定し、機関の空燃比を「理論空燃比よりも大きい空燃比（以下、単に「リーン空燃比」と称呼する。）」に制御する。
【０００７】
その後、下流側空燃比センサの出力値は、「機関の空燃比がリーン空燃比に制御され始めた時点」から所定の時間が経過したときに「リーン空燃比に相当する値」へと変化する。これは、機関から排出された排ガスが下流側空燃比センサに到達するには不可避的な時間（排ガス輸送遅れ時間Ｔｄ）が必要であること、及び、触媒が排ガス中の過剰な酸素を吸蔵するために触媒の下流に酸素が流出するまでに時間を要すること、等に基づく。
【０００８】
このため、下流側空燃比センサの出力値がリッチ空燃比に相当する値であるとき（即ち、リーン要求に基づいて機関の空燃比がリーン空燃比に制御されているとき）、機関の運転状態が加速運転状態となることにより吸入空気量（従って、排ガス量）が急激に増大すると、触媒上流の排気通路内に「触媒が吸蔵することができない多量の酸素、及び、触媒が浄化することができない多量のＮＯｘ」が存在する状態となる場合が生じる。この結果、触媒から多量のＮＯｘが排出される。
【０００９】
本発明はこのような課題に対処するために為されたものであって、その目的の一つは、下流側空燃比センサの下流に絞り弁を配設し、所定の条件が成立したときにその絞り弁を用いて排気通路の流路断面積を減少せしめることにより、触媒における排ガスの浄化作用を促進し、以って、エミッションを改善することが可能な内燃機関の排ガス浄化装置を提供することにある。
【００１０】
上記目的を達成する本発明の内燃機関の排ガス浄化装置は、
内燃機関の排気通路に配設された三元触媒と、
前記排気通路の前記触媒よりも下流に配設された下流側空燃比センサと、
前記下流側空燃比センサの出力値に基づいて、「前記触媒に理論空燃比よりも小さい空燃比（リッチ空燃比）の排ガスを供給すべきリッチ要求」及び「前記触媒に理論空燃比よりも大きい空燃比（リーン空燃比）の排ガスを供給すべきリーン要求」のうちの何れの空燃比要求が発生しているかを判定するとともに、前記判定された空燃比要求に応じた空燃比の排ガスが前記触媒に流入するように、前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
を備える。
【００１１】
更に、本発明の内燃機関の排ガス浄化装置は、
前記排気通路の前記下流側空燃比センサよりも下流に配設されるとともに前記排気通路の流路断面積を指示信号に応じて変更可能に構成された絞り弁と、
所定の条件が成立したときに前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出する絞り弁開度制御手段と、
を備える。
【００１２】
これによれば、例えば、下流側空燃比センサの出力値が触媒の状態（適正な空燃比要求）を精度良く表さない場合等、所定の条件が成立したとき、排気通路の流路断面積を小さくすることができる。これにより、触媒よりも下流の圧力が高くなるので、排ガスが触媒に滞留している時間が長くなる。その結果、未浄化のまま触媒から排出されるＮＯｘ又は未燃物の量を減少させることができる。即ち、エミッションを良好にすることができる。更に、下流側空燃比センサに到達している排ガスの空燃比と、「触媒内の排ガス及び触媒よりも上流の排気通路内の排ガス」の空燃比と、の乖離の程度を小さくすることができる。その結果、適正な空燃比要求を発生させることも可能となる。
【００１３】
本発明による排ガス浄化装置において、
前記所定の条件は前記機関の吸入空気量の単位時間あたりの増加量が所定量以上となったときに成立する条件であり、
前記絞り弁開度制御手段は、前記所定の条件が成立したときに前記排気通路の流路断面積が小さくなるように前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出するように構成される。
【００１４】
前記機関の吸入空気量の単位時間あたりの増加量が所定量以上となったとしても、その時点からある時間が経過するまでの期間、下流側空燃比センサの出力値はリーン空燃比に相当する値又はリッチ空燃比に相当する値から変化しない場合が生じる。よって、その期間において触媒上流の排気通路内に触媒が浄化できない量の「ＮＯｘ又は未燃物」が機関から排出される。上記構成によれば、前記機関の吸入空気量の単位時間あたりの増加量が所定量以上となったとき、排気通路の流路断面積が減少させられる。よって、触媒上流の排気通路内の排ガスを長時間に渡って触媒内に滞留させることができる。その結果、触媒から未浄化のまま排出される「ＮＯｘ又は未燃物」の量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排ガス浄化装置（第１装置）を適用した内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示した上流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。
【図３】図１に示した下流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。
【図４】第１装置のＣＰＵが実行する「燃料噴射制御ルーチン」を示したフローチャートである。
【図５】第１装置のＣＰＵが実行する「触媒状態判定ルーチン」を示したフローチャートである。
【図６】第１装置のＣＰＵが実行する「絞り弁制御ルーチン（１）」を示したフローチャートである。
【図７】第１装置のＣＰＵが実行する「絞り弁制御ルーチン（２）」を示したフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係る排ガス浄化装置（第２装置）のＣＰＵが実行する「絞り弁制御ルーチン（１）」を示したフローチャートである。
【図９】第２装置のＣＰＵが実行する「絞り弁制御ルーチン（２）」を示したフローチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る排ガス浄化装置（第３装置）のＣＰＵが実行する「絞り弁制御ルーチン」を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の各実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
（構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る排ガス浄化装置（以下、「第１装置」とも称呼する。）が適用される内燃機関１０の概略構成を示している。機関１０は、４サイクル・火花点火式・多気筒（本例において４気筒）・ガソリン燃料機関である。機関１０は、本体部２０、吸気系統３０及び排気系統４０を備えている。
【００１８】
本体部２０は、シリンダブロック部とシリンダヘッド部とを備えている。本体部２０は、ピストン頂面、シリンダ壁面及びシリンダヘッド部の下面からなる複数（４個）の燃焼室（第１気筒＃１乃至第４気筒＃４）２１を備えている。
【００１９】
シリンダヘッド部には、各燃焼室（各気筒）２１に「空気及び燃料からなる混合気」を供給するための吸気ポート２２と、各燃焼室２１から排ガス（既燃ガス）を排出するための排気ポート２３と、が形成されている。吸気ポート２２は図示しない吸気弁により開閉され、排気ポート２３は図示しない排気弁により開閉されるようになっている。
【００２０】
シリンダヘッド部には複数（４個）の点火プラグ２４が固定されている。各点火プラグ２４は、その火花発生部が各燃焼室２１の中央部であってシリンダヘッド部の下面近傍位置に露呈するように配設されている。各点火プラグ２４は、点火信号に応答して火花発生部から点火用火花を発生するようになっている。
【００２１】
シリンダヘッド部には更に複数（４個）の燃料噴射弁（インジェクタ）２５が固定されている。燃料噴射弁２５は、各吸気ポート２２に一つずつ（即ち、一つの気筒に対して一つ）設けられている。燃料噴射弁２５は、噴射指示信号に応答し、「その噴射指示信号に含まれる指示噴射量の燃料」を対応する吸気ポート２２内に噴射するようになっている。
【００２２】
更に、シリンダヘッド部には、吸気弁制御装置２６が設けられている。この吸気弁制御装置２６は、インテークカムシャフト（図示せず）とインテークカム（図示せず）との相対回転角度（位相角度）を油圧により調整・制御する周知の構成を備えている。吸気弁制御装置２６は、指示信号（駆動信号）に基いて作動し、吸気弁の開弁タイミング（吸気弁開弁タイミング）を変更することができるようになっている。
【００２３】
吸気系統３０は、インテークマニホールド３１、吸気管３２、エアフィルタ３３、スロットル弁３４及びスロットル弁アクチュエータ３４ａを備えている。
【００２４】
インテークマニホールド３１は、各吸気ポート２２に接続された複数の枝部と、それらの枝部が集合したサージタンク部と、を備えている。吸気管３２はサージタンク部に接続されている。インテークマニホールド３１、吸気管３２及び複数の吸気ポート２２は、吸気通路を構成している。エアフィルタ３３は吸気管３２の端部に設けられている。
【００２５】
スロットル弁３４はエアフィルタ３３とインテークマニホールド３１との間の位置において吸気管３２に回動可能に取り付けられている。スロットル弁３４は、回動することにより吸気管３２が形成する吸気通路の流路断面積（開口断面積）を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ３４ａは、ＤＣモータからなり、指示信号（駆動信号）に応答してスロットル弁３４を回動させるようになっている。
【００２６】
排気系統４０は、エキゾーストマニホールド４１、エキゾーストパイプ（排気管）４２、上流側触媒４３、下流側触媒４４、絞り弁（排気絞り弁）４５及び絞り弁アクチュエータ４５ａを備えている。
【００２７】
エキゾーストマニホールド４１は、各排気ポート２３に接続された複数の枝部４１ａと、それらの枝部４１ａが集合した集合部（排気集合部）４１ｂと、からなっている。エキゾーストパイプ４２は、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂに接続されている。エキゾーストマニホールド４１、エキゾーストパイプ４２及び複数の排気ポート２３は、排ガスが通過する通路（排気通路）を構成している。
【００２８】
上流側触媒４３は、セラミックからなる担持体に「触媒物質である貴金属（パラジウムＰｄ及び白金Ｐｔ、ロジウムＲｄ等）」及び「酸素吸蔵材であるセリア（CeO2)」を担持していて、酸素吸蔵・放出機能（酸素吸蔵機能）を有する三元触媒である。上流側触媒４３はエキゾーストパイプ４２に配設（介装）されている。上流側触媒４３は所定の活性温度に到達すると、「未燃物（ＨＣ、ＣＯ及びＨ２等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒機能」及び「酸素吸蔵機能」を発揮する。上流側触媒４３は、スタート・キャタリティック・コンバータ（ＳＣ）又は第１触媒とも称呼される。
【００２９】
下流側触媒４４は、上流側触媒４３と同様の三元触媒である。下流側触媒４４は、上流側触媒４３よりも下流においてエキゾーストパイプ４２に配設（介装）されている。下流側触媒４４は、車両のフロア下方に配設されているため、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータ（ＵＦＣ）又は第２触媒とも称呼される。なお、本明細書において、単に「触媒」と言うとき、その「触媒」は上流側触媒４３を意味する。
【００３０】
絞り弁（排気絞り弁）４５は、下流側空燃比センサ５６及び下流側触媒４４よりも下流においてエキゾーストパイプ４２に回動可能に取り付けられている。絞り弁４５は、回動することによりエキゾーストパイプ４２が形成する排気通路の流路断面積（開口断面積）を変更するようになっている。絞り弁アクチュエータ４５ａは、ＤＣモータからなり、指示信号（駆動信号）に応答して絞り弁４５を回動させるようになっている。
【００３１】
第１装置は、熱線式エアフローメータ５１、スロットルポジションセンサ５２、機関回転速度センサ５３、水温センサ５４、上流側空燃比センサ５５、下流側空燃比センサ５６及びアクセル開度センサ５７を備えている。
【００３２】
熱線式エアフローメータ５１は、吸気管３２内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量（機関１０の単位時間あたりの吸入空気量）Ｇａを表す信号を出力するようになっている。
【００３３】
スロットルポジションセンサ５２は、スロットル弁３４の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
【００３４】
機関回転速度センサ５３は、インテークカムシャフトが５°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにインテークカムシャフトが３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。機関回転速度センサ５３から出力される信号は後述する電気制御装置６０により機関回転速度ＮＥを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置６０は、機関回転速度センサ５３及び図示しないクランク角センサからの信号に基いて、機関１０のクランク角度（絶対クランク角）を取得するようになっている。
【００３５】
水温センサ５４は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。
【００３６】
上流側空燃比センサ５５は、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂと上流側触媒４３との間の位置においてエキゾーストマニホールド４１及びエキゾーストパイプ４２の何れか（即ち、排気通路）に配設されている。上流側空燃比センサ５５は、例えば、特開平１１−７２４７３号公報、特開２０００−６５７８２号公報及び特開２００４−６９５４７号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。
【００３７】
上流側空燃比センサ５５は、図２に示したように、上流側空燃比センサ５５の配設位置を流れる排ガスの空燃比（触媒４３に流入するガスである「触媒流入ガス」の空燃比、検出上流側空燃比abyfs）に応じた出力値Vabyfsを出力する。出力値Vabyfsは触媒流入ガスの空燃比が大きくなるほど（即ち、触媒流入ガスの空燃比がリーン側の空燃比になるほど）増大する。
【００３８】
電気制御装置６０は、図２に示した空燃比変換テーブル（マップ）Mapabyfsを記憶している。電気制御装置６０は、出力値Vabyfsを空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより、実際の上流側空燃比abyfsを検出する（検出上流側空燃比abyfsを取得する）ようになっている。
【００３９】
再び、図１を参照すると、下流側空燃比センサ５６は、上流側触媒４３と下流側触媒４４との間の位置においてエキゾーストパイプ４２（即ち、排気通路）に配設されている。下流側空燃比センサ５６は、周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）である。下流側空燃比センサ５６は、下流側空燃比センサ５６の配設位置を流れる排ガス（即ち、触媒４３から流出するガスである「触媒流出ガス」）の空燃比（下流側空燃比afdown）に応じた出力値Voxsを出力するようになっている。
【００４０】
下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsは、図３に示したように、触媒流出ガス（被検出ガス）の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であって、触媒流出ガスの酸化平衡後のガスの酸素分圧が小さいとき最大出力値max（例えば、約０．９〜１．０Ｖ）となる。即ち、下流側空燃比センサ５６は、触媒流出ガスに過剰の酸素が含まれていないときに最大出力値maxを出力する。
【００４１】
また、出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比であって、触媒流出ガスの酸化平衡後のガスの酸素分圧が大きいとき最小出力値min（例えば、約０〜０．１Ｖ）となる。即ち、下流側空燃比センサ５６は触媒流出ガスに過剰の酸素が含まれているとき最小出力値minを出力する
【００４２】
更に、この出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比からリーン側の空燃比へと変化する際に最大出力値maxから最小出力値minへと急激に減少する。逆に、出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比へと変化する際に最小出力値minから最大出力値maxへと急激に増大する。なお、最小出力値minと最大出力値maxとの平均値は中央値Vmid（＝（max＋min）／２）と称呼される。中央値Vmidは理論空燃比相当電圧Ｖstとも称呼される。
【００４３】
図１に示したアクセル開度センサ５７は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセルペダルＡＰの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００４４】
電気制御装置６０は、「ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース等」からなる「周知のマイクロコンピュータ」を含む電子回路である。
【００４５】
電気制御装置６０が備えるバックアップＲＡＭは、機関１０を搭載した車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチの位置（オフ位置、始動位置及びオン位置等の何れか）に関わらず、車両に搭載されたバッテリから電力の供給を受けるようになっている。バックアップＲＡＭは、バッテリから電力の供給を受けている場合、ＣＰＵの指示に応じてデータを格納する（データが書き込まれる）とともに、そのデータを読み出し可能となるように保持（記憶）する。バックアップＲＡＭは、バッテリが車両から取り外される等によりバッテリからの電力供給が遮断されると、データを保持することができない。即ち、それまでに保持していたデータが消失（破壊）される。
【００４６】
電気制御装置６０のインターフェースは、前記センサ５１〜５７と接続され、ＣＰＵにセンサ５１〜５７からの信号を供給するようになっている。更に、そのインターフェースは、ＣＰＵの指示に応じて、各気筒の点火プラグ２４、各気筒の燃料噴射弁２５、吸気弁制御装置２６、スロットル弁アクチュエータ３４ａ及び絞り弁アクチュエータ４５ａ等に指示信号（駆動信号）等を送出するようになっている。なお、電気制御装置６０は、取得されたアクセルペダルの操作量Accpが大きくなるほどスロットル弁開度ＴＡが大きくなるように、スロットル弁アクチュエータ３４ａに指示信号を送出するようになっている。
【００４７】
（作動）
次に、本装置の実際の作動の詳細について説明する。
＜燃料噴射制御＞
ＣＰＵは、図４にフローチャートにより示した燃料噴射制御ルーチンを、任意の気筒のクランク角がその任意の気筒の吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が上記所定クランク角度になると、ＣＰＵはステップ４００から処理を開始し、ステップ４１０にてフューエルカットフラグＸＦＣの値が「０」であるか否かを判定する。
【００４８】
フューエルカットフラグＸＦＣの値は、図示しないフューエルカット条件判定ルーチンにより、フューエルカット条件（燃料供給遮断条件、フューエルカット開始条件）が成立したときに「１」に設定され、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「１」であるときにフューエルカット終了条件が成立すると「０」に設定される。フューエルカットフラグＸＦＣの値は、イニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。イニシャルルーチンは、機関１０が搭載された車両のイグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたときにＣＰＵにより実行されるルーチンである。
【００４９】
いま、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ４１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４２０に進み、テーブルMapMc（Ｇａ，ＮＥ）に基づいて「今回の吸気行程を迎える気筒」に吸入される筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を取得（推定・決定）する。今回の吸気行程を迎える気筒は「燃料噴射気筒」とも称呼される。Ｇａは、エアフローメータ５１が計測している吸入空気量である。ＮＥは、別途求められている機関回転速度である。筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）は、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭに記憶されていく。なお、ＣＰＵは周知の「空気モデル」を用いて筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を推定してもよい。
【００５０】
次に、ＣＰＵはステップ４３０に進み、サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値が「１」であるか否かを判定する。サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値は、サブフィードバック制御条件が成立しているときに「１」に設定され、サブフィードバック制御条件が不成立であるときに「０」に設定される。サブフィードバック制御条件は、以下の総ての条件が成立したときに成立し、以下の条件の少なくとも一つが不成立であるとき不成立となる。
（Ｓ１）メインフィードバック制御条件が成立している。
（Ｓ２）下流側空燃比センサ５６が活性化している。
【００５１】
なお。メインフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立し、以下の条件の少なくとも一つが不成立であるとき不成立となる。
（Ｍ１）上流側空燃比センサ５５が活性化している。
（Ｍ２）機関の負荷（負荷率）ＫＬが閾値ＫＬｔｈ以下である。
（Ｍ３）フューエルカット中でない。
【００５２】
負荷率ＫＬは、ＫＬ＝（Ｍｃ（ｋ）／（ρ・Ｌ／４））・１００％なる式により求められる。この式において、Ｍｃ（ｋ）は筒内吸入空気量であり、ρは空気密度（単位は（ｇ／ｌ））、Ｌは機関１０の排気量（単位は（ｌ））、「４」は機関１０の気筒数である。なお、機関の負荷として、負荷率ＫＬに代え、アクセルペダル操作量Ａｃｃｐが用いられても良い。
【００５３】
サブフィードバック制御条件が成立していないと、サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値は「０」である。従って、この場合、ＣＰＵはステップ４３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４４０に進み、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を理論空燃比stoich（本例においては１４．７）で除することにより、機関の空燃比を理論空燃比stoichに一致させるための基本燃料噴射量Ｆｂを求める。換言すると、ＣＰＵは、目標空燃比abyfrを理論空燃比stoichに設定する。その後、ＣＰＵはステップ４８０に進む。
【００５４】
これに対し、ＣＰＵがステップ４３０の処理を実行する時点において、サブフィードバック制御条件が成立していると、サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値は「１」である。従って、この場合、ＣＰＵはステップ４３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４５０に進み、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」であるか否かを判定する。リッチ要求フラグＸRichreqの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「１」に設定されるようになっている。
【００５５】
更に、リッチ要求フラグＸRichreqの値は、図５のルーチンにより設定される。即ち、ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図５にフローチャートにより示した「触媒状態判定ルーチン（空燃比要求判定ルーチン）」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図５のステップ５００から処理を開始してステップ５１０に進み、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さいか否かを判定する。換言すると、ＣＰＵは出力値Voxsにより示される空燃比（下流側空燃比）が理論空燃比stoichよりも大きい（リーンな）空燃比であるか否かを判定する。
【００５６】
そして、ＣＰＵは、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さい場合、触媒４３の状態が酸素過剰状態（リーン状態）であると判定し、よって、リッチ要求が発生していると判定する。即ち、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さい場合、ＣＰＵは、ステップ５１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２０に進み、リッチ要求フラグＸRichreqの値を「１」に設定し、その後、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００５７】
これに対し、ＣＰＵは、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である場合、触媒４３の状態が酸素不足状態（リッチ状態）であると判定し、よって、リーン要求が発生していると判定する。即ち、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である場合、ＣＰＵは、ステップ５１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５３０に進み、リッチ要求フラグＸRichreqの値を「０」に設定し、その後、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００５８】
このように、リッチ要求フラグＸRichreqの値は、触媒４３の状態が酸素過剰状態である（触媒４３にリッチ空燃比の排ガスを流入すべき状態にある）ときに「１」に設定され、触媒４３の状態が酸素不足状態である（触媒４３にリーン空燃比の排ガスを流入すべき状態にある）とき「０」に設定される。
【００５９】
リッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」に設定されている場合、ＣＰＵは図４のステップ４５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４６０に進み、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を所定リッチ空燃比afRich（本例においては１４．２）で除することにより、機関の空燃比を所定リッチ空燃比afRichに一致させるための基本燃料噴射量Ｆｂを求める。換言すると、ＣＰＵは、目標空燃比abyfrを所定リッチ空燃比afRichに設定する。所定リッチ空燃比afRichは理論空燃比よりも小さい。その後、ＣＰＵはステップ４８０に進む。
【００６０】
これに対し、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「０」に設定されている場合、ＣＰＵは図４のステップ４５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４７０に進み、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を所定リーン空燃比afLean（本例においては１５．２）で除することにより、機関の空燃比を所定リーン空燃比afLeanに一致させるための基本燃料噴射量Ｆｂを求める。換言すると、ＣＰＵは、目標空燃比abyfrを所定リーン空燃比afLeanに設定する。所定リーン空燃比afLeanは理論空燃比よりも大きい。その後、ＣＰＵはステップ４８０に進む。
【００６１】
ＣＰＵは、ステップ４８０に進んだとき、ステップ４４０、ステップ４６０及びステップ４７０の何れかのステップにて算出された基本燃料噴射量Ｆｂにメインフィードバック量ＫＦmainを乗じる（基本燃料噴射量Ｆｂをメインフィードバック量ＫＦmainにより補正する）ことによって指示燃料噴射量Ｆｉを算出する。
【００６２】
メインフィードバック量ＫＦmainは、上述したメインフィードバック制御条件が成立しているとき、上流側空燃比センサ５５の出力値Vabyfsに基づいて決定される。より具体的に述べると、メインフィードバック量ＫＦmainは、以下のようにして決定される。
【００６３】
（１）サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値が「０」である場合（即ち、基本燃料噴射量Ｆｂが、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を理論空燃比stoichにより除した値である場合）、メインフィードバック量ＫＦmainは、上流側空燃比センサ５５の出力値Vabyfsにより表される上流側空燃比abyfsが理論空燃比stoichよりも小さい（リッチである）とき減少させられ、上流側空燃比abyfsが理論空燃比stoichよりも大きい（リーンである）とき増大させられる。
【００６４】
（２）サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値が「１」であり、且つ、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」である場合（即ち、基本燃料噴射量Ｆｂが、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を所定リッチ空燃比afRichにより除した値である場合）、メインフィードバック量ＫＦmainは、上流側空燃比abyfsが所定リッチ空燃比afRichよりも小さい（リッチである）とき減少させられ、上流側空燃比abyfsが所定リッチ空燃比afRichよりも大きい（リーンである）とき増大させられる。
【００６５】
（３）サブフィードバック制御フラグＸＳＦＢの値が「１」であり、且つ、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「０」である場合（即ち、基本燃料噴射量Ｆｂが、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を所定リーン空燃比afLeanした値である場合）、メインフィードバック量ＫＦmainは、上流側空燃比abyfsが所定リーン空燃比afLeanよりも小さい（リッチである）とき減少させられ、上流側空燃比abyfsが所定リーン空燃比afLeanよりも大きい（リーンである）とき増大させられる。
【００６６】
（４）メインフィードバック制御条件が不成立であるとき、メインフィードバック量ＫＦmainは「１」に設定される。
このように、メインフィードバック量ＫＦmain、実際の上流側空燃比abyfsが目標空燃比abyfrよりも小さいとき減少され、実際の上流側空燃比abyfsが目標空燃比abyfrよりも大きいとき増大される。
【００６７】
次に、ＣＰＵはステップ４９０に進み、指示燃料噴射量Ｆｉの燃料が燃料噴射気筒に対する燃料噴射弁２５から噴射されるように、その燃料噴射弁２５に対して燃料の噴射指示を行う。その後、ＣＰＵはステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００６８】
一方、ＣＰＵがステップ４１０の処理を行う時点において、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「１」であると、ＣＰＵはそのステップ４１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ４９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。よって、ステップ４９０の処理が実行されないので、フューエルカット運転が実行される。
【００６９】
更に、ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図６にフローチャートにより示した「絞り弁制御ルーチン（１）」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図６のステップ６００から処理を開始してステップ６１０に進み、吸入空気量Ｇａを読み込む。
【００７０】
次に、ＣＰＵはステップ６２０に進み、ステップ６１０にて読み込んだ「現時点の吸入空気量Ｇａ」から「所定時間前（前回）の吸入空気量Ｇａold」を減じた値ΔＧａを算出する。値ΔＧａは「吸入空気変化量ΔＧａ、又は、吸入空気増加量ΔＧａ」とも称呼される。次いで、ＣＰＵはステップ６３０に進み、ステップ６１０にて読み込んだ「現時点の吸入空気量Ｇａ」を「所定時間前（前回）の吸入空気量Ｇａold」として格納する。
【００７１】
次に、ＣＰＵはステップ６４０に進み、絞り弁制御実行フラグＸＣの値が「０」であるか否かを判定する。絞り弁制御実行フラグＸＣの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。従って、ここでは、絞り弁制御実行フラグＸＣの値が「０」であると仮定する。
【００７２】
この場合、ＣＰＵはステップ６４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６５０に進み、吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きいか否かを判定する。このとき、吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈ以下であると仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ６５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。よって、絞り弁制御実行フラグＸＣの値は「０」に維持される。
【００７３】
更に、ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図７にフローチャートにより示した「絞り弁制御ルーチン（２）」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図７のステップ７００から処理を開始してステップ７１０に進み、絞り弁制御実行フラグＸＣの値が「１」であるか否かを判定する。
【００７４】
現時点において、絞り弁制御実行フラグＸＣの値は「０」に維持されている。従って、ＣＰＵはステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７５】
かかる状態において、加速操作が行われ、吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなると、ＣＰＵは図６のステップ６５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６６０に進む。そして、ＣＰＵは、ステップ６６０にて絞り弁制御実行フラグＸＣの値を「１」に設定し、ステップ６７０に進んで加速後時間カウンタＣＣＬの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７６】
この状態において、ＣＰＵが図７のステップ７０５に進むと、ＣＰＵはそのステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０に進み、加速後時間カウンタＣＣＬの値を「１」だけ増大する。次に、ＣＰＵはステップ７１５に進み、加速後時間カウンタＣＣＬの値がカウンタ閾値ＣＣＬｔｈ以下であるか否かを判定する。カウンタ閾値ＣＣＬｔｈは「２」以上の所定値に設定されている。
【００７７】
現時点は、加速後時間カウンタＣＣＬの値が「０」から「１」だけ増大された直後である。従って、ＣＰＵはステップ７１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、吸入空気量Ｇａに基づいて排ガス輸送遅れ時間ｔｄを算出する。排ガス輸送遅れ時間ｔｄは、吸入空気量Ｇａが大きいほど小さくなるように算出される。
【００７８】
次に、ＣＰＵはステップ７２５に進み、排ガス輸送遅れ時間ｔｄに基づいて絞り弁４５の絞り量ＣＬＯＳＥを決定する。より具体的に述べると、ＣＰＵは、排ガス輸送遅れ時間ｔｄが所定時間ｔｄｔｈ以下のとき、絞り量ＣＬＯＳＥを「０」に設定する。更に、ＣＰＵは、排ガス輸送遅れ時間ｔｄが所定時間ｔｄｔｈ以上であるとき、排ガス輸送遅れ時間ｔｄが大きくなるほど絞り量ＣＬＯＳＥが大きくなるように、絞り量ＣＬＯＳＥを決定する。なお、絞り量ＣＬＯＳＥが大きいほど、絞り弁４５は大きい角度だけ回転させられ、それにより、エキゾーストパイプ４２が形成する排気通路の流路断面積がより小さくなる。但し、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmaxに一致した場合であっても、エキゾーストパイプ４２が形成する排気通路の流路断面積は「０」にはならない。
【００７９】
次に、ＣＰＵはステップ７３０に進み、絞り弁４５を絞り量ＣＬＯＳＥに応じた角度だけ回転させるように絞り弁アクチュエータ４５ａに指示信号を送出し、それによって、エキゾーストパイプ４２が形成する排気通路の流路断面積を変更する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００８０】
この状態において、ＣＰＵが図６のステップ６４０に進むと、ＣＰＵはそのステップ６４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。更に、この状態において、ＣＰＵが図７のステップ７０５に進むと、ＣＰＵはそのステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０及びステップ７１５に進む。従って、加速後時間カウンタＣＣＬの値がカウンタ閾値ＣＣＬｔｈよりも大きくなるまで、ステップ７２０乃至ステップ７３０の処理が繰り返し実行される。
【００８１】
その後、加速後時間カウンタＣＣＬの値がカウンタ閾値ＣＣＬｔｈよりも大きくなると、ＣＰＵはステップ７１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７３５に進み、絞り量ＣＬＯＳＥを一定量ｄＣだけ小さくする。次に、ＣＰＵはステップ７４０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥが「０」以下であるか否かを判定する。このとき、絞り量ＣＬＯＳＥが「０」より大きいと、ＣＰＵはステップ７４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７３０に直接進む。
【００８２】
これに対し、ＣＰＵがステップ７４０の処理を実行する時点において、絞り量ＣＬＯＳＥが「０」以下であると、ＣＰＵはそのステップ７４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７４５に進み、絞り量ＣＬＯＳＥを「０」に設定する。更に、ＣＰＵはステップ７５０に進み、絞り弁制御実行フラグＸＣの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ７３０に進む。
【００８３】
以上、説明したように、第１装置は、
下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsに基づいて、「触媒４３に理論空燃比よりも小さい空燃比の排ガスを供給すべきリッチ要求」及び「触媒４３に理論空燃比よりも大きい空燃比の排ガスを供給すべきリーン要求」のうちの何れの空燃比要求が発生しているかを判定するとともに（図５のルーチンを参照。）、前記判定された空燃比要求に応じた空燃比の排ガスが前記触媒に流入するように、機関１０に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段（図４のステップ４５０乃至４９０を参照。）と、
機関１０の排気通路の下流側空燃比センサ５６よりも下流に配設されるとともに前記排気通路の流路断面積を指示信号に応じて変更可能に構成された絞り弁（４５、４５ａ）と、
所定の条件が成立したときに前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出する絞り弁開度制御手段（図６及び図７のルーチンを参照。）と、
を備える。
【００８４】
更に、前記絞り弁開度制御手段は、
前記機関の吸入空気量の単位時間あたりの増加量（吸入空気変化量ΔＧａ）が所定量（吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈ）以上となったとき前記排気通路の流路断面積が小さくなるように前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出するように構成されている（図６のステップ６５０及びステップ６６０、及び、図７のステップ７０５での「Ｙｅｓ」との判定を参照。）。更に、前記絞り弁開度制御手段は、吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈ以上となった時点から所定の時間が経過するまで、前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出するように構成されている（図７のステップ７１５乃至ステップ７５０を参照。）。
【００８５】
この結果、リーン要求が発生している場合に吸入空気量Ｇａが急増し、多量のＮＯｘが触媒４３の上流の排気通路内に排出された場合、触媒４３（及び下流側触媒４４）内に排ガスを長時間滞留させることができる。従って、排ガス中のＮＯｘが触媒４３（及び下流側触媒４４）内においてより浄化されるので、ＮＯｘの大気中への放出量を低減することができる。
【００８６】
或いは、リッチ要求が発生している場合に吸入空気量Ｇａが急増し、多量の未燃物が触媒４３の上流の排気通路内に排出された場合、触媒４３（及び下流側触媒４４）内に排ガスを長時間滞留させることができる。従って、排ガス中の未燃物が触媒４３（及び下流側触媒４４）内においてより浄化されるので、未燃物の大気中への放出量を低減することができる。
【００８７】
なお、ＣＰＵは、図６のステップ６５０とステップ６６０との間に、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きいか否かを判定するステップ、及び、リッチ要求フラグＸRichreqが「０」であるか否かを判定するステップ、の何れかを追加してもよい。この場合、ＣＰＵは、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きいとき（即ち、リーン要求が発生しているとき）ステップ６６０に進み、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以下であるとき（リッチ要求が発生しているとき）ステップ６９５に直接進むように構成される。これによれば、ＮＯｘが排出される可能性が高い場合にのみ、絞り弁４５が閉じられるので、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００８８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る排ガス浄化装置（以下、「第２装置」とも称呼する。）について説明する。第２装置は、ＣＰＵが「図６及び図７」に代わる「図８及び図９」にフローチャートにより示した「絞り弁制御ルーチン（１）及び（２）」を実行するようになっている点のみにおいて、第１装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。なお、図８及び図９に示したルーチンのステップのうち、既に説明したステップと同一の処理を行うステップには、そのようなステップに付された符号と同一の符合が付されている。
【００８９】
図８に示したルーチンは、ステップ６７０の次にステップ８１０が追加されている点のみにおいて図６に示したルーチンと相違する。即ち、ＣＰＵはステップ６７０の処理を終了するとステップ８１０に進み、吸入空気量Ｇａに基づいてカウンタ閾値ＣＣＬｔｈを算出する。カウンタ閾値ＣＣＬｔｈは、吸入空気量Ｇａが大きいほど小さくなるように決定される。換言すると、カウンタ閾値ＣＣＬｔｈは、「吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなった時点」からカウンタ閾値ＣＣＬｔｈに相当する時間が経過したとき、吸入空気急増時における空燃比要求とは反対の空燃比要求が発生するであろう値となるように設定されている。
【００９０】
即ち、「吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなった時点」において、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きい場合（リーン要求が発生している場合）、「吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなった時点」からカウンタ閾値ＣＣＬｔｈに相当する時間が経過すると出力値Voxsは理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さくなる（リッチ要求が発生する）。同様に、「吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなった時点」において、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さい場合（リッチ要求が発生している場合）、「吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなった時点」からカウンタ閾値ＣＣＬｔｈに相当する時間が経過すると出力値Voxsは理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きくなる（リーン要求が発生する）。その後、ＣＰＵはステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００９１】
図９に示したルーチンは、図７のステップ７２０及びステップ７２５を、ステップ９１０乃至ステップ９３０に置換した点のみにおいて図７に示したルーチンと相違する。即ち、ＣＰＵはステップ７１５にて「Ｙｅｓ」と判定するとステップ９１０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥを一定量ｄＣだけ大きくする。次に、ＣＰＵはステップ９２０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmax以上であるか否かを判定する。このとき、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmax未満であると、ＣＰＵはステップ９２０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７３０に直接進む。
【００９２】
これに対し、ＣＰＵがステップ９２０の処理を実行する時点において、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmax以上であると、ＣＰＵはそのステップ９２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９３０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥを最大絞り量ＣＬmaxに設定する。その後、ＣＰＵはステップ７３０に進む。
【００９３】
この結果、絞り量ＣＬＯＳＥは、「吸入空気変化量ΔＧａが吸入空気変化量閾値ΔＧａｔｈよりも大きくなった時点」から「所定時間が経過する時点（即ち、加速後時間カウンタＣＣＬがカウンタ閾値ＣＣＬｔｈに到達する時点）」までの期間において「０」から次第に増大する。
【００９４】
更に、絞り量ＣＬＯＳＥは、ステップ７１５、ステップ７３５乃至ステップ７５０の処理により、「前記所定時間が経過する時点（即ち、加速後時間カウンタＣＣＬがカウンタ閾値ＣＣＬｔｈに到達する時点）」以降において次第に減少する。更に、前記所定時間は吸入空気量Ｇａが大きいほど短くなる（図８のステップ８１０と、図９のステップ７１５と、を参照。）。
【００９５】
この結果、リーン要求が発生している場合に吸入空気量Ｇａが急増し、多量のＮＯｘが触媒４３の上流の排気通路内に排出された場合、排出されたＮＯｘの量が大きいほどより長い時間に渡って触媒４３（及び下流側触媒４４）内に排ガスを滞留させることができる。従って、排ガス中のＮＯｘが触媒４３及び（及び下流側触媒４４）内においてより浄化されるので、ＮＯｘの大気中への放出量を低減することができる。
【００９６】
或いは、リッチ要求が発生している場合に吸入空気量Ｇａが急増し、多量の未燃物が触媒４３の上流の排気通路内に排出された場合、排出された未燃物の量が大きいほどより長い時間に渡って触媒４３（及び下流側触媒４４）内に排ガスを滞留させることができる。従って、排ガス中の未燃物が触媒４３及び（及び下流側触媒４４）内においてより浄化されるので、未燃物の大気中への放出量を低減することができる。
【００９７】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る排ガス浄化装置（以下、「第３装置」とも称呼する。）について説明する。第３装置は、ＣＰＵが「図６及び図７」に代わる図１０にフローチャートにより示した「絞り弁制御ルーチン」を所定時間が経過する毎に実行するようになっている点のみにおいて、第１装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
【００９８】
所定のタイミングになると、ＣＰＵは図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１０１０に進み、下記の（１）式に従って単位時間あたりの「酸素変化量ＤＯＳＡ」を算出する。酸素変化量ＤＯＳＡは、触媒４３よりも上流の排気通路内に機関１０から排出された酸素の単位時間あたりの変化量である。下記の（１）式において、値「０．２３」は大気中に含まれる酸素の重量割合である。ＳＦｉは前記単位時間内に噴射された燃料噴射量（指示燃料噴射量Ｆｉ）の合計である。abyfrは、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」であるとき上記所定リッチ空燃比afRich（本例においては１４．２）であり、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「０」であるとき上記所定リーン空燃比afLean（本例においては１５．２）である。stoichは理論空燃比である。
ＤＯＳＡ＝０．２３・ＳＦｉ・（abyfr−stoich） …（１）
【００９９】
なお、（１）式におけるabyfrはabyfsに置換されてもよい。abyfsは、上流側空燃比センサ５５の出力値Vabyfsを図２に示した空燃比変換テーブルMapabyfs(Vabyfs)に適用することにより求められた上流側空燃比abyfsである。
【０１００】
次に、ＣＰＵはステップ１０２０に進み、その時点の排気通路内酸素量ＯＳＡに変化量ＤＯＳＡを加えることにより排気通路内酸素量ＯＳＡを更新する。次いで、ＣＰＵはステップ１０３０に進み、排気通路内酸素量ＯＳＡが最大酸素吸蔵量Ｃmax以上であるか否かを判定する。
【０１０１】
最大酸素吸蔵量Ｃmaxは、上流側触媒４３が吸蔵し得る酸素の量の最大値であり、所謂「アクティブ空燃比制御」によって別途取得されている。アクティブ空燃比制御は、例えば、特開平５−１３３２６４号公報等に記載された周知の制御である。例えば、最大酸素吸蔵量Ｃmaxは、次のようにして取得される。
【０１０２】
・ＣＰＵは、上流側触媒４３に理論空燃比stoichよりもリッチな空燃比の排ガスを流入し続け、上流側触媒４３の酸素吸蔵量を「０」に一致させる。このとき、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsは最大出力値maxとなる。
【０１０３】
・ＣＰＵは、その時点から上流側触媒４３に理論空燃比stoichよりもリーンな空燃比の排ガスを流入し続け、その時点から下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Vstよりも小さい値となる時点までの期間において「単位時間あたりの酸素吸蔵量変化量ΔＯＳＡ」を算出し、その酸素吸蔵量変化量ΔＯＳＡを積算することにより最大酸素吸蔵量Ｃmaxを求める。酸素吸蔵量変化量ΔＯＳＡは、ＳＦｉ（単位時間あたりの燃料量）・０．２３・（abyfs−stoich）により算出される。
【０１０４】
ＣＰＵがステップ１０３０の処理を実行する時点において、排気通路内酸素量ＯＳＡが最大酸素吸蔵量Ｃmax以上である場合、触媒４３は排気通路内の酸素を総て吸蔵することができず、同時に排気通路内のＮＯｘを十分に浄化できない。従って、この場合、ＣＰＵはステップ１０３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０４０に進み、排気通路内酸素量ＯＳＡから最大酸素吸蔵量Ｃmaxを減じた値に正の定数ｋを乗じた値ｋ・（ＯＳＡ−Ｃmax）を絞り弁４５の絞り量ＣＬＯＳＥとして設定する。
【０１０５】
次いで、ＣＰＵはステップ１０５０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmax以上であるか否かを判定する。このとき、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmax未満であると、ＣＰＵはステップ１０５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０７０に直接進む。
【０１０６】
これに対し、ＣＰＵがステップ１０５０の処理を実行する時点において、絞り量ＣＬＯＳＥが最大絞り量ＣＬmax以上であると、ＣＰＵはそのステップ１０５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０６０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥを最大絞り量ＣＬmaxに設定する。その後、ＣＰＵはステップ１０７０に進む。
【０１０７】
次に、ＣＰＵはステップ１０７０にて、絞り弁４５を絞り量ＣＬＯＳＥに応じた角度だけ回転させるように絞り弁アクチュエータ４５ａに指示信号を送出し、それによって、エキゾーストパイプ４２が形成する排気通路の流路断面積を変更する。その後、ＣＰＵはステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１０８】
この結果、触媒４３よりも上流の排気通路内の排気通路内酸素量ＯＳＡが最大酸素吸蔵量Ｃmax以上となった場合、「排気通路内酸素量ＯＳＡから最大酸素吸蔵量Ｃmaxを減じた値」が大きくなるほど排気通路の流路断面積が小さくなる。
【０１０９】
一方、ＣＰＵがステップ１０３０の処理を行う時点において、排気通路内酸素量ＯＳＡが最大酸素吸蔵量Ｃmax未満である場合、ＣＰＵはステップ１０３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０８０に進み、排気通路内酸素量ＯＳＡが「０」よりも小さいか否かを判定する。
【０１１０】
排気通路内酸素量ＯＳＡが「０」よりも小さい場合、触媒４３は排気通路内の未燃物を十分に浄化できない。従って、この場合、ＣＰＵはステップ１０８０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０８５に進み、排気通路内酸素量ＯＳＡの絶対値｜ＯＳＡ｜に定数ｋを乗じた値ｋ・｜ＯＳＡ｜を絞り弁４５の絞り量ＣＬＯＳＥとして設定する。その後、ＣＰＵはステップ１０５０以降に進む。
【０１１１】
これに対し、ＣＰＵがステップ１０８０の処理を行う時点において、排気通路内酸素量ＯＳＡが「０」以上である場合、ＣＰＵはステップ１０８０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９０に進み、絞り量ＣＬＯＳＥを「０」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１０５０以降に進む。
【０１１２】
この結果、触媒４３よりも上流の排気通路内の排気通路内酸素量ＯＳＡが「０」未満である場合、「排気通路内酸素量ＯＳＡ」の絶対値｜ＯＳＡ｜が大きくなるほど排気通路の流路断面積が小さくなる。
【０１１３】
以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、所定の条件が成立した場合、絞り弁４５を回動して排気通路の流路断面積を減少させる。その結果、排ガスが触媒４３及び下流側触媒４４に滞留する時間が長くなるので、エミッションを良好にすることができる。
【０１１４】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、絞り弁４５は、下流側空燃比センサ５６と下流側触媒４４との間のエキゾーストパイプ４２（排気通路）に配設されてもよい。
【０１１５】
更に、各排気浄化装置は、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsを下流側目標値Voxsref（通常、理論空燃比相当電圧Ｖst）に一致させるための周知のサブフィードバック制御を行うように構成されてもよい。即ち、各排気浄化装置は、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの偏差をＰＩＤ制御によって小さくするようにサブフィードバック量ＫＳＦＢを決定し、理論空燃比stoichからサブフィードバック量ＫＳＦＢを減じた値を目標空燃比abyfrとして設定するように構成され得る。
【０１１６】
この場合、出力値Voxsが下流側目標値Voxsrefよりも小さければサブフィードバック量ＫＳＦＢは増大させられる。その結果、目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichよりも小さくなる（リッチ空燃比に設定される）。一方、出力値Voxsが下流側目標値Voxsrefよりも大きければサブフィードバック量ＫＳＦＢは減少させられ、負の値になる。その結果、目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichよりも大きくなる（リーン空燃比に設定される）。
【０１１７】
この場合、各装置は、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsに基いて「リッチ要求及びリーン要求」の何れの空燃比要求が発生しているのかを自動的且つ実質的に判定し、その空燃比要求に応じて機関の空燃比を制御していると言うことができる。
【０１１８】
更に、各装置は、機関１０のドライバビリティを優先させるべき所定条件が成立したとき、絞り弁４５による排気通路の流路断面積の減少を直ちに停止する（絞り量ＣＬＯＳＥを「０」に設定することにより絞り弁４５を全開にする）ように構成され得る。ドライバビリティを優先させるべき所定条件の一例は、機関１０が減速運転される場合である。機関１０が減速運転される場合に絞り弁４５によって排気通路の流路断面積が減少させられていると、排気通路内の圧力が気筒内の圧力より高くなり、排ガスが気筒内に逆流して燃焼が不安定となり、機関１０のドライバビリティが低下する。更に、一般に、絞り弁アクチュエータ４５ａの動作速度には一定のディレイが組み込まれている（絞り弁４５の回転速度がある値以下となるように構成されている）が、機関１０のドライバビリティを優先させるべき所定条件が成立したときには係るディレイを最小にして、排気通路の流路断面積の減少を直ちに停止することが望ましい。
【符号の説明】
【０１１９】
１０…内燃機関、２１…燃焼室、２３…排気ポート、２５…燃料噴射弁、４０…排気系統、４１…エキゾーストマニホールド、４１ａ…枝部、４１ｂ…集合部、４２…エキゾーストパイプ、４３…上流側触媒、４４…下流側触媒、４５…絞り弁、４５ａ…絞り弁アクチュエータ、５５…上流側空燃比センサ、５６…下流側空燃比センサ、６０…電気制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された三元触媒と、
前記排気通路の前記触媒よりも下流に配設された下流側空燃比センサと、
前記下流側空燃比センサの出力値に基づいて、前記触媒に理論空燃比よりも小さい空燃比の排ガスを供給すべきリッチ要求及び前記触媒に理論空燃比よりも大きい空燃比の排ガスを供給すべきリーン要求のうちの何れの空燃比要求が発生しているかを判定するとともに、前記判定された空燃比要求に応じた空燃比の排ガスが前記触媒に流入するように、前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
を備えた内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記排気通路の前記下流側空燃比センサよりも下流に配設されるとともに前記排気通路の流路断面積を指示信号に応じて変更可能に構成された絞り弁と、
所定の条件が成立したときに前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出する絞り弁開度制御手段と、
を備えた排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排ガス浄化装置において、
前記所定の条件は前記機関の吸入空気量の単位時間あたりの増加量が所定量以上となったときに成立する条件であり、
前記絞り弁開度制御手段は、前記所定の条件が成立したときに前記排気通路の流路断面積が小さくなるように前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出するように構成された排ガス浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された三元触媒と、
前記排気通路の前記触媒よりも下流に配設された下流側空燃比センサと、
前記下流側空燃比センサの出力値に基づいて、前記触媒に理論空燃比よりも小さい空燃比の排ガスを供給すべきリッチ要求及び前記触媒に理論空燃比よりも大きい空燃比の排ガスを供給すべきリーン要求のうちの何れの空燃比要求が発生しているかを判定するとともに、前記判定された空燃比要求に応じた空燃比の排ガスが前記触媒に流入するように、前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
を備えた内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記排気通路の前記下流側空燃比センサよりも下流に配設されるとともに前記排気通路の流路断面積を指示信号に応じて変更可能に構成された絞り弁と、
所定の条件が成立したときに前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出する絞り弁開度制御手段と、
を備えた排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排ガス浄化装置において、
前記所定の条件は前記機関の吸入空気量の単位時間あたりの増加量が所定量以上となったときに成立する条件であり、
前記絞り弁開度制御手段は、前記所定の条件が成立したときに前記排気通路の流路断面積が小さくなるように前記絞り弁を作動させる指示信号を前記絞り弁に送出するように構成された排ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１４９６２４（Ｐ２０１２−１４９６２４Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７５８（Ｐ２０１１−１０７５８）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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